滿 鵬

(湖南寶山有色金屬礦業(yè)有限責任公司，湖南郴州 424402)

湖南寶山有色金屬礦業(yè)有限責任公司在井下開采過程中，曾經(jīng)多次出現(xiàn)在留礦法采礦的采場內(nèi)，礦石存放太久而發(fā)生自燃的現(xiàn)象。在2014年就出現(xiàn)過一次由于礦石含硫鐵礦較高最終導(dǎo)致自燃，使得采場產(chǎn)生毒氣與溫度較高，影響采場正常生產(chǎn)約3個月，2015年，其北部－150中段523采場也出現(xiàn)同樣情況，但是預(yù)防與治理較為及時，最終并未影響生產(chǎn)太久。其主要危害如下:(1)在安全方面:高溫與大量毒氣對人體傷害極高，特別是產(chǎn)生毒氣后，采場內(nèi)氧氣與水分含量極度降低，人員進入采場導(dǎo)致呼吸困難，嚴重者死亡，此作業(yè)環(huán)境極度不安全;(2)在生產(chǎn)方面:采場內(nèi)發(fā)生自燃，其治理時間很長，上述影響3個月的情況是采場內(nèi)發(fā)生自燃前就進行了預(yù)防，即是治理時間在3個月以上，影響了出礦量與采礦量，如果將采場內(nèi)礦石出完，將會使得采場下一步施工很困難，同時為下一步采礦做采切工程又會浪費大量時間與成本。為了減少此種情況，不影響作業(yè)人員施工安全，保證施工進度，保證正常生產(chǎn)主要在于“怎么預(yù)防自燃”與“自燃后怎么治理”，下面將在這兩方面進行研究。

1 自燃

1.1 自燃原因

該公司采場自燃主要原因是通風未達到要求、采場礦石含有大量硫鐵礦、采場內(nèi)礦石堆放過久、底部結(jié)構(gòu)不合理等。

1.1.1 通風原因

在布置采礦工程過程中，需要施工以下工程:人行天井2條、充填井1條(可以兼著溜礦井)、聯(lián)絡(luò)道6到10條不等、切割巷。以上工程可以形成一個局部的通風系統(tǒng)，無法達到要求時，也可采取安裝局部風機的方法加大風流量。但是在采礦過程中可能會堵塞某些通風口，從而降低了通風量，使得采場內(nèi)通風系統(tǒng)無法正常運行，從而使得采場內(nèi)污風與熱量無法正常排出;另外，在壓礦過程中，不能夠每次都將采場內(nèi)存礦出完，有的底部礦可能存放很長一段時間，這種情況下即使采場內(nèi)有一個良好的通風系統(tǒng)，但是風流無法流過其礦石堆將污風與熱量帶走，特別是在含硫鐵礦較高的采場。所以含硫鐵礦較高采場自燃可能性極大，采場采礦方法與采場風流示意圖如圖1所示。

由圖1可知:當風流到堆礦處，風流直接就流入充填井中，不會流入礦堆里面，從而無法帶走礦堆熱量與毒氣。

1.1.2 底部結(jié)構(gòu)原因

該公司大多數(shù)鉛鋅礦采場都采用留礦法采礦(有底柱、無底柱)，此采礦方法其采場內(nèi)礦石存放時間都很長，如果含硫鐵礦較高時，其自燃可能性大，如果采場內(nèi)通風條件不好，自燃可能性將又加大。如圖1所示，如果壓礦時間較長，其風流不經(jīng)過礦堆，同時又不流入礦堆，其硫鐵礦產(chǎn)生的熱量與污氣將極難隨風流帶走，極易發(fā)生自燃。

圖1 采礦方法圖與采場風流圖

1.2 自燃原理

在采場自燃過程中，主要引起自燃的巖石是硫鐵礦。

1.2.1 硫鐵礦介紹

硫鐵礦主要化學(xué)成分為FeS2，一般為淺黃銅色，強金屬光澤，不透明，在與空氣接觸后，同時溫度達到一定高度情況下就會發(fā)生自燃。在地下礦山中，含硫鐵礦較高的采場內(nèi)在采用留礦法采礦的過程中，其底部溫度升高很快，采場在未做預(yù)防措施情況下極易發(fā)生自燃。

1.2.2 硫鐵礦放熱過程

硫鐵礦自燃后釋放熱量加快化學(xué)反應(yīng)，其自燃過程中主要化學(xué)反應(yīng)過程如下:

當過量空氣系數(shù)＞1%時有下面反應(yīng):

當空氣供應(yīng)不足時，有下列反應(yīng)發(fā)生:

在上述系列反應(yīng)中，釋放出大量有毒氣體與熱量。其中有毒氣體主要是指二氧化硫，對人體傷害極大;從上述化學(xué)式中可以看出，其大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)是放熱反應(yīng)，并且放出的熱量極大，這些熱量的積聚可以引起硫鐵礦的自燃，存放越久，溫度升得越高，自燃強度將越大。

1.3 影響自燃的因素

影響硫鐵礦自燃的因素很多，井下含硫鐵礦采場主要影響因素是:含氧量、采場溫度、水、礦石塊度、出礦過程與出礦順序、回風量與風速、采場出口數(shù)量、采場二次破碎次數(shù)與炸藥量。

2 自燃預(yù)防措施

2.1 分析礦物中硫的含量并及時進行調(diào)整

在硫鐵礦發(fā)生自燃的過程中，自燃可能性與含硫量有著很大關(guān)系，見表1。

表1 自燃可能性與含硫量關(guān)系表

通過表1可以看出，當采場內(nèi)含硫量低于15%時，自燃可能性不大，但是礦石性質(zhì)可能發(fā)生變化，使得含硫量增高，從而使得礦石自燃可能性增大。當含硫量增大到20%以上后，就不應(yīng)該繼續(xù)壓礦，應(yīng)當適當出底部礦(因為底部礦存放時間較長，溫度較高，發(fā)生自燃可能性最大)，從而降低自燃可能性。

2.2 加強采場溫度控制、縮短采礦周期

在自燃過程，當溫度升高到物質(zhì)自燃點時就會發(fā)生自燃，所以對采場內(nèi)溫度的監(jiān)測與控制也是非常關(guān)鍵的。公司采場含硫鐵礦較高，同時采用留礦法的采場溫度極易升高，因為采用留礦法，采場內(nèi)礦石底部礦存的時間相對最長，從而使得采場底部溫度最高，熱量又極難散出去，最終會導(dǎo)致整個礦堆溫度都會升高。所以及時在監(jiān)測到采場溫度太高時，應(yīng)當優(yōu)先將采場內(nèi)底部存礦裝出。對此，建議多裝振動斗，這樣才能使得出礦按照由下向上的順序?？s短采礦周期，可以有效縮短礦石存放時間，從而需要增加采場充填次數(shù)，對此可以對規(guī)模較大、含較高硫鐵礦的采場進行分析，合理縮短采礦周期。

2.3 加強通風、建立良好的通風系統(tǒng)

影響硫鐵礦自燃最主要的因素是含氧量與風流量。對于含硫鐵礦較高的采場，防止自燃最關(guān)鍵在于建立良好的通風系統(tǒng)。在采場內(nèi)風流量高，加快了采場內(nèi)污氣排放與熱量的散失，可以將硫鐵礦發(fā)生聚能反應(yīng)產(chǎn)生的污氣與熱量更快地稀釋掉，從而排出采場。采場必須要有良好的通風系統(tǒng)，盡量建立多而合理的進風與出風口，加大風流量，對一些風流量較小的采場應(yīng)當裝上抽出、壓入式風機來提高風流量與風流速度。對建立該采場通風系統(tǒng)，筆者認為必須先施工好1#人行天井、2#人行天井、充填天井，然后施工每層聯(lián)絡(luò)道、切割巷，在回采過程中，應(yīng)當控制采場內(nèi)存礦量，避免將采場內(nèi)安全出口與通風口堵死。

2.4 控制礦石塊度

在采場內(nèi)，公司對礦石塊度大小都有很明確的要求，礦石塊度要求不得大于600 mm×600 mm。但是在含硫鐵礦較高的采場中，塊度對采場內(nèi)礦石自燃也有很大影響。礦石塊度與自燃可能性的關(guān)系是:(1)單位礦石塊度越小，暴露面積就越大，從而與空氣接觸面積就大，自燃可能性加大;(2)單位礦石塊度越大，暴露面積就越小，從而與空氣接觸面積就小，自燃可能性就小。對此，建議在采礦過程中，應(yīng)當控制塊度，在允許范圍內(nèi)塊度不應(yīng)該過小，但是為出礦方便與選礦廠選礦，也不應(yīng)過大，建議大多數(shù)控制在200 mm×200 mm到500 mm×500 mm之間，盡量減少粉塵礦。

2.5 減少二次破碎、嚴格控制大塊

公司很多采場在采礦過程中都存在大塊很多的現(xiàn)象，采場內(nèi)經(jīng)常需要進行二次爆破，二次爆破過程中會產(chǎn)生大量熱量與大量污氣，從而使得含較高硫鐵礦的采場自燃可能性加大。對此，采場回采礦體的過程中應(yīng)當將炮孔適當布置得過密一點，減少爆破過程產(chǎn)生大塊的現(xiàn)象，嚴格控制好大塊塊度。

2.6 改造采場底部結(jié)構(gòu)

公司現(xiàn)今部分含硫鐵礦較高的采場采礦方法是無底柱留礦法，采場最先壓下來的礦最后出，最終導(dǎo)致采場底部存礦接觸空氣少、溫度升高快、自燃可能性加大，所以建議采場盡量采用有底柱采礦法，這樣可以先將采場底部礦放出，使得所有礦總體存放時間縮短。

3 自燃后治理

在采場內(nèi)硫鐵礦自燃后主要危害因素是:有毒氣體與溫度過高。

3.1 有毒氣體治理

采場內(nèi)硫鐵礦自燃后產(chǎn)生的有毒氣體主要是SO2，所以要治理就是如何降低二氧化硫含量，可以加大風流量將毒氣稀釋，同時可以利用 CaO或NaOH將其中和掉，但是NaOH與二氧化硫會產(chǎn)生水，可能會使得硫鐵礦自燃得更快，所以采用CaO進行化學(xué)治理較好，反應(yīng)式是:2CaO+2SO2+O2=2CaSO4，產(chǎn)物比較穩(wěn)定，但是對氧氣的需求量大，所以在治理過程中盡量加大風流量，使得有足夠的氧氣供其反應(yīng)，所以CaO可用于治理有毒氣體，具體實物建議采用生石灰。這樣可以保證安全，促進生產(chǎn)。雖然生石灰可以治理毒氣，但是在后期出礦過程中其反應(yīng)產(chǎn)物會產(chǎn)生大量粉塵，在最后出礦過程建議適當灑水同時做好防治粉塵的保護措施。

3.2 溫度過高的治理

對溫度的治理不能夠在未進行出礦的過程中進行灑水，所以剩下的就只有加大風流速度與風流量將熱量帶走。但是在出礦過程中可以進行適當灑水來降低溫度，在灑水后，必須撤出到安全區(qū)域，待風流將毒氣帶走后，采場內(nèi)安全系數(shù)達到要求的情況下才能繼續(xù)進行作業(yè);在采用了生石灰治理毒氣后，由于底部散熱緩慢，可以在局部出礦區(qū)域適當灑水以加快散熱。

4 結(jié)論

總體來說，通過以上分析研究，可以得出如下結(jié)論:

1.通過分析礦物中硫的含量與溫度的監(jiān)測可以有效地分析出采場安全系數(shù);通過建立良好的通風系統(tǒng)與加強通風、縮短采礦周期、改造采場底部結(jié)構(gòu)、控制礦石塊度、控制大塊可以有效減少礦石堆放時間，從而降低自燃可能性。只要將預(yù)防措施做好，其自燃可能性將大大降低。

2.通過生石灰的與二氧化硫反應(yīng)，同時在加大風流與建立良好通風系統(tǒng)的情況下，基本上可以把毒氣除去到安全含量范圍內(nèi);而加大風流與建立良好通風系統(tǒng)，同時加上局部出礦時灑水基本上可以將溫度降低到作業(yè)要求溫度范圍內(nèi)。通過以上方法，不但保證了作業(yè)過程中施工安全，同時也促進了生產(chǎn)，使得采場停采時間大大縮短。所以采用以上方法來治理自燃較為合理。

以上兩方面做好，將可以做到降低采場自燃可能性，自燃后將提高治理效率，減少此類采場對安全與生產(chǎn)的影響，從而使得回采效率提高。

［1］ 張虹，張春生.黃鐵礦自燃機理及其預(yù)防［J］.銅業(yè)工程，2014，(3):53 －54.

［2］ 黃躍軍.高溫高硫礦床礦石自燃性及防治技術(shù)研究［J］.有色礦冶，2000，16(1):13 －15.